新疆地貌的特點可以概括為「三山夾兩盆」，其地形主要由北部的阿爾泰山、南部的崑崙山系以及中部的天山構成，這些山脈將新疆分為南北兩部分。
北部是準噶爾盆地，南部是塔里木盆地。新疆地跨東、中、西部三大地帶，是世界上海拔最高、地勢最複雜的地區之一。新疆的地貌類型多樣，包括典型的高山、高原、平原，以及廣泛的戈壁、沙漠和荒漠。
例如，塔克拉瑪乾沙漠，面積約33萬平方公里，是中國最大、世界第二大的流動沙漠。此外，新疆還擁有許多著名的綠洲，如吐魯番盆地的艾丁湖，其最低點低於海平面154.31米，是中國陸地最低點。新疆屬於典型的溫帶大陸性乾旱氣候，年降水量極少，如塔里木盆地年平均降水量不足10毫米。這些特徵使得新疆成為世界上最為獨特的地區之一。